Соединения на вклеенных стержнях

Общие требования к соединениям на вклеенных стержнях

7.30 Соединения на вклеенных стержнях являются универсальным видом соединений. Вклеенные стержни могут использоваться:

- для устройства узловых сопряжений элементов плоских и пространственных конструкций (опорных узлов, поясов и решетки в фермах, ключевых шарниров в арках, рамах и т.п.);

- для устройства жестких равнопрочных стыков сборных изгибаемых, растянутых, сжато-изгибаемых, растянуто-изгибаемых элементов (балок, арок, ферм, рам, защемленных стоек, жестких нитей, куполов, сводов и т.п.);

- для анкеровки закладных деталей, воспринимающих усилия разных направлений;

- для восприятия нормальных сжимающих усилий поперек и под углом к волокнам в опорных зонах и местах приложения сосредоточенных нагрузок;

- для узловых соединений, воспринимающих сдвиг;

- для локализации главных растягивающих напряжений в приопорных зонах клееных деревянных конструкций и в окрестностях больших сосредоточенных нагрузок;

- для увеличения несущей способности участков конструкций, в которых действуют нормальные растягивающие напряжения поперек волокон и касательные напряжения (в приопорных зонах высоких балок, в зонах глубоких подрезок или ослаблений врезками, в изгибаемых элементах с криволинейной осью и др.);

- для сплачивания КДК, поперечное сечение которых состоит из двух и более элементов;

- в виде наклонно вклеенных стержней в качестве связей сдвига составных ДК, в том числе для комбинированных конструкций с деревянными балками в виде ребер и монолитной железобетонной плитой;

- для поперечного и наклонного армирования КДК с целью повышения их сдвиговой прочности и надежности, в том числе при переменном температурно-влажностном режиме эксплуатации;

- для наклонного армирования с целью повышения сдвиговой выносливости.

Принципиальные конструктивные схемы соединений в узлах и стыках элементов для различных напряженно-деформированных состояний приведены на рисунке 16.

7.31 Влажность древесины при вклеивании стержней должна быть в интервале 8-14 % (в зависимости от условий эксплуатации конструкций - см. приложение Г). Не допускается использование вклеенных стержней для клееных пакетов с компенсационными прорезями (см. 7.7).

7.32 Для вклеивания используют эпоксидные клеи на базе смол ЭД20 с наполнителем - молотым песком (маршалитом) в количестве до 200 весовых частей веса смолы. При температуре окружающего воздуха выше 35 °С или необходимости обеспечения повышенной огнестойкости соединения, необходимо применение эпоксидных клеев специального состава с температурой стеклования 60 °С и выше. Вклеивание стержней и контроль качества следует производить в соответствии с приложением И.

7.33 Диаметр отверстия в древесине должен превышать диаметр вклеиваемого стержня на 4-6 мм для арматуры классов А300-А600 и на 2 мм для арматуры класса А240, круглой стали и стеклопластиковых стержней. Сверление отверстий под вклеиваемые стержни производится с помощью сверл для древесины.

А - опорная реакция от расчетной нагрузки; а - в виде связей составных элементов; б - для повышения сдвиговой прочности клееной балки; в - для анкеровки закладных деталей; г, д - в опорных и других узлах конструкций; е - схема симметричного универсального жесткого стыка элементов сечением <500 и >600; ж - для растянутых элементов; з - для сжатых стыков с полимербетоном; и - для полигональных элементов, несимметричная схема (карниз рамы); к - для узла защемления стоек
Рисунок 16 - Используемые в проектировании соединения на наклонно вклеенных стержнях

Допускается использование сверл для металла, нарощенных до требуемой длины.

7.34 Стержни, вклеенные под углом к волокном менее чем 20°, рассматриваются как вклеенные вдоль волокон, при большем угле - как вклеенные под углом к волокнам. Вклеенные поперек волокон стержни являются частным случаем стержней, вклеенных под углом к волокнам.

Соединения на стержнях, вклеенных вдоль волокон

7.35 Соединения на стержнях, вклеенных вдоль волокон древесины, допускаются только в комбинации с поперечно или наклонно вклеенными стержнями. Стержни вклеиваются в круглые отверстия или прямоугольные пазы на боковых гранях, заглубленных на 2 диаметра стержня d, но не менее чем на 25 мм (рисунок 17).

а - в цилиндрические отверстия; б - в профрезерованные пазы
Рисунок 17 - Соединения на стержнях из арматуры периодического профиля, вклеенных вдоль волокон

7.36 Расчетную несущую способность, МН, вклеиваемого стержня на выдергивание или продавливание вдоль и поперек волокон в растянутых и сжатых стыках элементов деревянных конструкций из сосны и ели следует определять по формуле

Т = R_скd₁plk_c, (64)

где d₁ - диаметр отверстия, м;

l - длина заделываемой части стержня, м (см), которую следует принимать по расчету, но не менее 10d и не более 30d;

k_с - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений сдвига в зависимости от длины заделываемой части стержня, который следует определять по формуле

(65)

R_ск - расчетное сопротивление древесины скалыванию, МПа, определяемое по поз.5,г таблицы 3.

7.37 Расстояние между осями вклеенных стержней, работающих на выдергивание или продавливание вдоль волокон, следует принимать не менее S₂ = 3d, а до наружных граней - не менее S₃ = 2d.

Соединения на стержнях, вклеенных под углом к волокнам

7.38 Расчетную несущую способность, МН, вклеиваемого под углом к волокнам стержня на выдергивание или продавливание в стыках клееных деревянных конструкций следует определять по формуле

Т = Rpd₁l_pk_ck_sm_d £ F_aR_a, (66)

где R - расчетное сопротивление древесины выдергиванию или продавливанию вклеенного стержня, МПа, принимаемое по равным 4,0 МПа;

d₁ - диаметр отверстия, м;

l_p - расчетная длина стержня, м

l_p = l - l₀ £ 25d ; (67)

l - длина заделываемой части;

l₀ = 3d - глубина возможного снижения прочности клеевой прослойки при сварке; для стержней без сварки l₀ = 0;

d - диаметр вклеиваемого стержня, м;

k_c - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений сдвига в зависимости от длины заделываемой части стержня, который следует определять по формуле

(68)

k_s - коэффициент, зависящий от знака нормальных напряжений вдоль волокон в зоне установки стержней;

m_d - коэффициент, учитывающий зависимость расчетного сопротивления от диаметра стержня

m_d = 1,12 - 10d (m_d = 1,12 - 0,1d); (69)

F_a - площадь сечения стержня;

R_a - расчетное сопротивление материала стержня.

Для стержней, работающих на выдергивание в зоне растягивающих напряжений, действующих вдоль волокон древесины элемента конструкции, значения коэффициента k_s следует определять по формуле

k_s = 1 - 0,01s (k_s = 1 - 0,001s), (70)

где s - максимальные растягивающие напряжения, МПа.

При работе в сжатой зоне, а также для стержней, работающих на продавливание, k_s = 1.

7.39 Минимальное расстояние от боковых граней пакета до оси стержня принимается не менее 2d и не менее 30 мм; между осями стержней по ширине пакета расстояние должно быть не менее 2d; от торца пакета вдоль волокон до оси стержня - не менее 100 мм; между стержнями вдоль волокон 10d при угле наклона стержней а к направлению волокон до 30° не менее 14d, при а от 30° до 60° - 10d, при а более 60° - 1,5d.

7.40 При устройстве жестких стыков в конструкциях используют два типа соединений на наклонно вклеенных стержнях.

Универсальными являются анкеры V-образной формы, которые представляют собой комбинацию как минимум из двух стержней, вклеенных наклонно по отношению к направлению волокон древесины и образующих между собой внутренний угол.

В растянутых стыках или в растянутых зонах стыков допускается применять соединения на стержнях, наклонно вклеенных в одном направлении, работающих на выдергивание и присоединенных на сварке к стальным пластинам, передающим на древесину усилия сжатия, возникающие от разложения усилий растяжения в наклонных стержнях. Работа стержней на продавливание (сжатие) в таких узлах не допускается.

7.41 Расчетная несущая способность V-образного анкера определяется исходя из расчетной несущей способности вклеенных стержней анкера, определенной по формуле (66). Усилия в каждой ветви анкера определяются путем разложения усилий от внешней нагрузки по направлениям ветвей. Внутренний угол между ветвями анкера принимается от 45° до 120°.

7.42 Проверка на прочность анкеров, сварных швов, соединительных пластин и других стальных элементов выполняется по нормам проектирования металлоконструкций.

7.43 В соединении, работающем на сдвиг, несущая способность наклонно вклеенной связи T_с, работающей на выдергивание (растяжение), определяется по формуле

T_с = Tcosa, (71)

где Т - несущая способность стержня, работающего на выдергивание (7.38);

a - угол наклона вклеенной связи к плоскости сдвига.

7.44 В соединении, работающем на сдвиг, несущая способность наклонно вклеенной связи T_с, работающей на продавливание (сжатие), проверяется по формуле

(N_p/T_a)² + Q/T_н £ 1, (72)

где N_p = T_сcosa - составляющая расчетного усилия на один стержень Т_с, МН, вызывающая в наклонных стержнях напряжения растяжения;

Q = Т_сsina - составляющая того же усилия Т_с, вызывающая в наклонных стержнях напряжения изгиба;

Т_а = F_aR_a - расчетная несущая способность одного стержня по условию прочности на растяжение, МН;

F_a - площадь сечения стержня, м²;

R_a - расчетное сопротивление растяжению арматурной стали для А300 R_a = 285 МПа и для А400 R_a = 375 МПа;

Т_н - расчетная несущая способность стержня на один шов из условия его работы на изгиб, МН, принимается:

а) при жестком (сварном) соединении вклеенного стержня со стальной накладкой или анкерной полосой:

Т_н = 55d² - для арматуры А300;

Т_н = 70d² - для арматуры А400;

б) при нежестком болтовом соединении вклеенного стержня со стальной накладкой:

Т_н = 40d² - для арматуры А300;

Т_н = 50d ² - для арматуры А400;

d - номинальный диаметр стержня, м.

7.45 При определении числа вклеенных стержней или анкеров необходимо учитывать коэффициент их совместной работы k_с.р:

- при одном анкере или одном наклонном стержне с одной стороны стыка и на одной грани k_с.р = 1;

- при двух анкерах или двух наклонных стержнях k_с.р = 0,9;

- при большем количестве анкеров или стержней k_с.р = 0,75.

7.46 При проектировании стыков или узлов конструкций необходимо учитывать особенности конструктивной схемы. Принципиально различаются конструктивные варианты сжатой и растянутой зон стыков сжато-изгибаемых элементов ломаного сечения, например в карнизных узлах рам и т.д.

7.47 Наклонно вклеенные стержни располагаются в соединениях таким образом, чтобы в них возникали (в основном) растягивающие усилия. Возникающие при этом (от разложения сил) сжимающие усилия должны передаваться на древесину соединительными жесткими пластинами или специально вклеенными стержнями с соответствующей проверкой расчетом.

7.48 Податливость соединений на наклонно вклеенных стержнях составляет 0,001 мм/кН.

7.49 Стыки и узлы сжато-, растянуто-изгибаемых, изгибаемых и растянутых элементов сборных конструкций должны проверяться расчетом и обеспечивать восприятие перерезывающих сил, а также усилий, возникающих при сборке, кантовке, перевозке, складировании и монтаже. Для сжатых стыков большепролетных конструкций, выполненных с заполнением полимербетоном, необходимо предусматривать специальные конструктивные решения стыков на наклонно вклеенных стержнях, способные воспринимать упомянутые монтажные нагрузки и перерезывающие силы.

Соединения на вклеенных стальных нагелях

7.50 Расчетную несущую способность на сдвиг Т_н, кН, вклеенного в древесину цилиндрического нагеля из стальной арматуры периодического профиля (рисунок 18) на один шов соединения элементов из сосны и ели при глубине заделки l_н ³ 6d в направлении усилий вдоль волокон следует определять по таблице 23 с учетом 7.15. Максимальным значениям Т_н соответствует l_н ³ 8d, где номинальный диаметр стержня d и глубина заделки l, см.

7.51 В соединениях элементов под углом к волокнам древесины несущая способность вклеенных нагелей Т_н определяется в соответствии с 7.14.

7.52 Расстояния между осями вклеенных нагелей при их расстановке следует принимать вдоль волокон древесины S₁ не менее 8d₀, поперек волокон S₂ не менее 3d₀ и от кромки элемента S₃ не менее 3d₀. При шахматной расстановке нагелей минимальные расстояния S₂ = S₃ ³ 3d₀.

а - шахматная расстановка; б - двухрядная расстановка
Рисунок 18 - Соединение на вклеенных стальных нагелях

Таблица 23

Схемы соединений	Напряженное состояние соединения	Расчетная несущая способность T на один шов сплачивания (условный срез), кН
1 Симметричные соединения	а) смятие в средних элементах	0,5сd0
б) смятие в крайних элементах	0,8аd0
2 Несимметричные соединения	а) смятие во всех элементах равной толщины, а также в более толстых элементах односрезных соединений	0,35сd0
б) смятие в более толстых средних элементах двухсрезных соединений при а £ 0,5с	0,25сd0
в) смятие в более тонких крайних элементах при а £ 0,35с	0,8аd0
г) смятие в более тонких элементах односрезных соединений и в крайних элементах при с > а > 0,35с	kнad0
3 Симметричные и несимметричные соединения	а) изгиб нагеля из арматуры А300	2,0d2 + 0,02lн2, но не более 3,2d2
б) изгиб нагеля из арматуры А400	2,5d2 + 0,02lн2, но не более 3,7d2
Примечания 1 В таблице: с - толщина средних элементов, а также равных по толщине или более толстых элементов односрезных соединений; а - толщина крайних элементов, а также более тонких элементов односрезных соединений; d - номинальный диаметр вклеенного нагеля; d0- диаметр отверстия; все размеры в см. 2 Смотри примечания 2-4, 7 и 8 к таблице 20. 3 Расчет нагельных соединений на скалывание производить не следует, если выполняются условия расстановки нагелей в соответствии с 7.52.